ANALYSIS OF THE RESULTS OF SHORT

MONIKA STĘPIEŃ
Kielce University of Technology
e-mail: [email protected]
ANALYSIS OF THE RESULTS OF SHORT-TERM TRAFFIC
NOISE MEASUREMENTS ON THE EXAMPLE
OF SANDOMIERSKA STREET IN KIELCE
Abstract
Acoustic climate in the vicinity of transportation routes is mainly affected by traffic noise. Traffic volume is decisive
as regards noise emissions. Other contributing factors include road geometry and motion conditions, namely vehicle
speed and the share of heavy vehicles. Every part of the road in the city has unique characteristics with respect to
motion character, the route surroundings, and also every-day noise creating the so-called acoustic background. The
paper presents the analysis of the results of traffic noise surveys on the example of a part of Sandomierska Street w Kielce.
On a weekday, two one-hour surveys were performed, intended to measure traffic volume and to record sound levels. In
the surveys, meteorological conditions were taken into account. On the basis of the data collected, the relations between
the number of vehicles in motion, type of vehicles, travel direction and the noise recorded in the road were established.
Keywords: traffic noise, traffic noise measurement
1. Introduction
Noise, which is a common phenomenon,
accompanies practically all aspects of human
activities. A high level of noise pollution impairs
the quality of life, and it makes working, studying
and resting harder. Noise pollution produces many
negative health effects [1]. It is also one of the major
sources of the natural environment degradation.
Unfavourable acoustic climate is most commonly
found in cites, where the majority of the population
live and work. It is estimated that approx. 54% of
the residents of Poland’s major agglomerations
complain about the outside noise, mostly generated
by transportation [2]. As many as 23% of trunk roads
carrying mainly freight traffic, which is particularly
harmful, run through built-up areas [3].
Each part of the road shows a specific and unique
acoustic climate, which varies depending on many
factors related to vehicular traffic, the road itself and its
surroundings, and also to atmospheric conditions [4-7].
When the city’s acoustic climate is analysed,
the most interesting thing is the cumulative effect
produced by multiple noise sources, namely vehicles
in motion. At a certain level of traffic congestion,
noises generated by individual vehicles superpose.
Therefore, a road can be treated as a conventional,
surface noise source [6]. The noise level recorded at a
transportation route constantly varies in time. It is not
possible to properly assess this level when the values
that occur at only certain moments are known.
To deter mine the values of noise that characterise
arbitrary reference times assumed by the researcher,
equivalent levels were introduced. The equivalent
sound level A is a noise measure using the
A-weighting setting, the level of the acoustic pressure
of the continuous steady sound, which in the specified
time interval T has the same root mean square of the
acoustic pressure, as the analysed sound, the level
of which varies in time [8]. Equivalent sound level
A-weighted for the time interval T is also called
average sound level with the averaging time denoted
with an indicator, e.g. La1h, which indicates one-hour
average sound level. The equivalent sound level is a
basic indicator in the numerical description of the
acoustic climate [9].
Converting the values of noise levels, usually
recorded every second, to the equivalent sound
level is possible due to computations performed in
accordance with formula (1).
5
Monika Stępień
1 N

L A eq =10log  ×∑ t i ×100.1×LAi (t)  [dB] (1)
 T i=1

where: N – the number of acoustic situations for the
time interval T, LAi – the sound level at the time ti,
T – equivalent sound level deter mined time.
Equivalent sound levels largely depend on vehicle
motion structure. The noisiest vehicles are those
categorised as heavy, and also motorcycles. The sound
level generated by those ranges from 79 to 98 dB.
Passenger cars are slightly less noisy, as when they are
in motion, noise level from 70 to 84 dB is recorded
[10]. Because of an enormous traffic volume and a high
share of heavy vehicles, in large cities, measurements
of noise level are taken on regular basis [11]. The
measurement results are continuously monitored, and
when admissible values given in [12] are exceeded,
penalties are imposed on road operators [13]. Various
noise reduction strategies, relying on different methods
and means, have been continually devised [14].
One of the projects undertaken recently by the local
authorities in Kielce, aimed at improving the acoustic
climate, has been the construction of the new section
of the road S74. Prior to providing an alternative
route, freight traffic travelling from east to west was
directed along Sandomierska Street in Kielce, then
having the status of the trunk road.
The aim of the survey presented in the study was to
analyse and evaluate the acoustic climate produced
by vehicular motion, currently found in the vicinity
of the selected part of Sandomierska Street. Special
attention was paid to heavy traffic volume, and also
vehicle type and travel direction structure.
2. Survey methods
2.1. General information
Measurements were taken in the Sandomierska
Street, which currently has a status of a major road,
in Kielce. Measurements were conducted in the road
section between the junctions with Daleka and Śląska
Streets. In the part of concern, the roadway grade
is 2% towards the city centre. Sandomierska Street
has two roadways, each carrying three traffic lanes.
Between the roadways, 2.5 m wide central reserve is
located. The road part is flanked, both on the left and
the right sides, by low buildings offering different
services, institutional buildings and a permanent
residence, special education care centre. Buildings
are located a few meters from the roadway edge.
The Sandomierska Street section, near which the
measurements were taken, is shown in Figure 1.
6
Fig. 1. View of the Sandomierska Street section
[fot. M. Stępień]
The date of the survey was selected to be a
weekday, Wednesday, 5 February 2014. While
obtaining acoustic and motion data, meteorological
conditions, including air temperature, relative
humidity, atmospheric pressure and wind velocity
were also specified. The monitoring of traffic noise
was accompanied by gathering data on traffic volume,
vehicle structure and travel direction. The data were
collected for two hours. Representative hourly time
intervals were deter mined on the basis of traffic
volume distribution, which was thoroughly studied
by taking initial measurements. On the day preceding
the final data acquisition, information on motion
in the part of concern was collected. The results of
the analysis of the traffic volume data were used to
schedule the ti ming of measurements. The first time
interval selected for the survey was the morning rush
hour, namely 10:00AM-11:00AM. The other time
interval, with the heaviest traffic load, was in the
afternoon between 03:00PM and 04:00PM.
The measurements were taken in accordance
with the regulation of the minister of the Natural
Environment [15]. As required, meteorological
conditions were specified. The survey day was sunny,
without precipitation, or snow lying on the roadway
surface. The air temperature was 1°C, the air relative
humidity 43%, atmospheric pressure 980 hPa, and the
wind velocity did not exceed 5 m/s.
Noise measurements were taken using the Extech
SDL600 Sound Level Meter. The device allows precise
measurements, has Class 2 level of tolerance and is
compliant with EN 61672-1. The method of direct
measurements by sampling was used. The following
device settings were selected: A-weighting curve,
FAST response time and 1s datalogger sampling time.
The measurements were taken at the height of 1.5 m,
at a distance of 1.5 m from the roadway edge. Because
it was difficult to record noise level and motion data
ANALYSIS OF THE RESULTS OF SHORT-TERM TRAFFIC NOISE MEASUREMENTS ON THE EXAMPLE OF SANDOMIERSKA STREET IN KIELCE
at the same time, to obtain traffic volume data, traffic
was filmed with a video camera. After fil ming the
traffic, the data on traffic volume were processed and
presented as the Microsoft Excel spreadsheet.
Due to the structure of vehicle types and the travel
direction, vehicle were categorised into four groups:
a) L1 – light vehicles moving along the closer
roadway, from the city center,
b)L2 – light vehicles moving along the further
roadway, towards the city center,
c) C1 – heavy vehicles moving along the closer
roadway, from the city center,
d)C2 – heavy vehicles moving along the further
roadway, towards the city center.
Light vehicles included passenger cars and commercial
vehicles, whereas heavy vehicles comprised trucks,
buses, tractors and motorcycles. The two-wheels were
categorised as heavy vehicles because of the high level
of noise those generate [15]. It was assumed that the
vehicles drive through the road part at the maximum
speed permitted in a built-up area, i.e. 50 km/h.
3. The results of investigations
3.1. Traffic volume
The observations concerning traffic volume in
the part of Sandomierska Street in the morning and
afternoon surveys indicate that light vehicles were
the main users, whereas heavy traffic was low, and
involved mainly city buses and delivery vehicles. The
traffic flow was uninterrupted.
The distribution of motion data and the character
of vehicular traffic in Sandomierska street were
illustrated using a bar chart which showed the traffic
volume in the following hours: 10:00AM-11:00AM
and 3:00PM-4:00PM. The number of vehicles driving
through the road, together with the data on vehicle
types and travel direction, are shown in Figure 2.
Fig. 2. Vehicular motion volume in the 5-minute interval
recorded in the morning and afternoon rush hours on
5 Feb. 2014 in Sandomierska Street in Kielce
The data presented in Figure 2 indicate that traffic
load was much higher in the afternoon. As regards
light vehicle motion, travel direction differences are
clearly observed for the selected time intervals. From
10:00AM to 11:00AM, 537 cars drove from the city
centre outwards, whereas 615 vehicles travelled to the
city centre. In the afternoon rush hour, 794 vehicles
drove from the city centre outwards and 602 moved
towards the city centre. The traffic direction structure
47/53 in the morning and 57/43 in the afternoon
indicates that the character of traffic in Sandomierska
Street is strongly related to working hours. In city
streets, a larger traffic volume is usually noted for the
motion towards the city centre in the morning, which
is obviously linked to work start time and the time
of opening of public institutions. In the afternoon, a
higher number of vehicles travelling out of the city
centre is related to people’s returning to their homes. As
regards heavy traffic, a similar number of vehicles was
observed for both the morning and afternoon intervals,
with a slightly higher number of vehicles travelling out
of the city.
3.2. Noise
In the measurements, the sound level meter sampling
time was 1 s. When no vehicles travelled, the meter
display showed the values of over fifty decibels. Those
results can be considered the acoustic background
noise level. When in motion, light vehicles most
frequently produced the sound level from 71 to 80 dB.
Heavy vehicles usually generated sounds ranging from
78 to 103 dB. It was also recorded that older vehicles,
or those in poor condition emitted more noise. Then,
the sound level observed was often comparable with
that produced by some of heavy vehicles.
The pattern of changes in the sound level in the
morning and afternoon rush hours, together with hourly
equivalent levels, Laeq 1 h, is presented in Figure 3.
Fig. 3. The pattern of sound level changes in the morning
and afternoon rush hours with hourly equivalent levels
7
Monika Stępień
The equivalent sound level was deter mined for one
hour of the morning measurement, Laeq 1 h was 88.2
dB, and for the afternoon it was 78.1 dB. The data
presented in Figure 3 clearly shows long leaps in noise
records caused by vehicles moving in groups. For both
travel directions, the impact of the signal controlled
junctions, located at a distance, is clearly observable.
Vehicles waiting to continue travel queued before the
stop line at the junctions, and at the moment green
signal turned on, they started at the same time arriving
as a platoon of cars at the acquisition site.
In the fourth and the twenty-third minute of the morning
survey, two emergency vehicles drove along with their
sirens on. The passage of those vehicles produced high
noise records, which maximally amounted to as much
as 122 and 117 dB, respectively. Such momentary
values of sound level, corresponding to an anomalous
event, result in an error in the analysis of the effect of
vehicular motion on traffic noise. Two graphs were
plotted to illustrate the effect of singular, much higher
than the average, results of noise measurement on the
aggregated values described with equivalent sound
levels, and computed for respective 1-, 5-, 15- and 60minute intervals. The computed values of the indicator
Laeq (1, 5, 15, 60 min) for the first measurement hour,
from 10:00AM to 11:00AM, are presented in Figure 4.
The values of the indicator Laeq (1, 5, 15, 60 min) for
the other measurement hour, namely from 3:00PM to
4:00PM, are presented in Figure 5.
The comparison of the data shown in Figs. 4 and 5
confirms a major impact of the passage of siren-on
emergency vehicles on noise indicator. Ambulance
sirens produced abnormal results for the first
measurement hour. Equivalent sound level Laeq 1
min, deter mined for a minute during which the first
ambulance drove by, reached the value of 104.4 dB.
The same index computed for the twenty third minute
was as high as 99.7 dB. The other results of Laeq 1
min took on the values of up to 85 dB, both for the
morning and afternoon measurement hour. The impact
of loud emergency vehicle sirens is also visible in the
values taken on by indicator Laeq 5 min, Laeq 15
min and Laeq 1 h, computed on the basis of the data
collected from 10:00AM to 11:00AM. Therefore, it
is pointless to carry out traffic noise analysis based
on measurements collected in the first two quarters of
the morning survey. The values recorded within that
interval were excluded from the dataset.
To find relations between noise described by means
of equivalent sound level, Laeq, on one side, and traffic
volume (Q), vehicle type structure (L, C) and travel
direction structure (1, 2), on the other, Pearson linear
correlation coefficient was calculated for appropriate
pairs of variables. The analysis was performed
on the basis of 5400 noise results corresponding
to the acoustic conditions in the second half of the
morning hour and the entire afternoon hour. The
way of matching variables in pairs and the results of
the analysis of correlations for 1-, 5- and 15-minute
intervals are presented in Table 1.
Table 1. Values of Pearson linear correlation coefficients
deter mined on the basis of Laeq 1 min, Laeq 5 min and
Laeq 15 min and corresponding motion conditions for the
selected time intervals
Fig. 4. Equivalent sound levels for 1, 5, 15 and 60
minutes, deter mined on the basis of the data collected
between 10:00AM and 11:00AM in the part of
Sandomierska Street in Kielce, on 5 Feb. 2014
Fig. 5. Equivalent sound levels for 1, 5, 15 and 60
minutes, deter mined on the basis of the data collected
between 3:00PM and 4:00PM in the part of Sandomierska
Street in Kielce, on 5 Feb. 2014
8
Pearson linear correlation
coefficients
Time interwal
1 min
5 min
15 min
Q i Laeq
0.25
0.51
0.67
Q1 i Laeq
0.45
0.35
0.62
Q2 i Laeq
-0.17
0.65
0.50
QL i Laeq
0.25
0.49
0.65
QC i Laeq
0.19
0.10
0.88
QL1 i Laeq
0.46
0.36
0.60
QL2 i Laeq
-0.19
0.61
0.49
QC1 i Laeq
0.15
-0.03
0.49
QC2 i Laeq
0.13
0.24
0.62
%C i Laeq
0.11
0.00
0.53
%C1 i Laeq
0.00
-0.14
-0.16
%C2 i Laeq
0.20
0.18
0.70
ANALYSIS OF THE RESULTS OF SHORT-TERM TRAFFIC NOISE MEASUREMENTS ON THE EXAMPLE OF SANDOMIERSKA STREET IN KIELCE
The analysis of Pearson linear correlation
coefficients presented in Table 1 shows that values
indicating the occurrence of relation between pairs of
variables is observed only for 5- and 15- min intervals.
The correlation coefficient above 0.5 is regarded
as the one that describes a strong relation between
variables. The strongest relation was found to hold
between the equivalent sound level Laeq 15 min, and
the traffic volume of heavy vehicles. The correlation
coefficient for that pair of variables was 0.88. The
coefficient takes on a positive value, which means,
the more heavy vehicles drove along the road part of
concern, the higher noise was recorded. Another strong
correlation is found for the index Laeq 15 min and a
majority of motion characteristics quoted before. The
lack of significant relations for 5- minute intervals can
be explained by the fact that the noise index Laeq 5
min is too sensitive when sudden leaps in the sound
level caused by more noisy vehicles occur.
To illustrate the effect of the traffic volume of
heavy vehicles on the level of recorded noise for 15min time intervals, a graph was plotted for that pair
of variables which showed the highest correlation
coefficient. The graph is presented in Figure 6.
Fig. 6. Vehicular traffic volume taking in to account
vehicle type, and equivalent sound levels Laeq 15 min,
corresponding to road and acoustic conditions in the
morning and afternoon rush hours on 5 Feb. 2014 in the
part of Sandomierska Street in Kielce
The data presented in Figure 6 indicates that in a
majority of cases, the greater number of heavy vehicles
drove along the part of the road, the higher was the
value of the corresponding equivalent sound level,
Laeq 15 min. The lowest index was found for that
quarter of measurements when the number of heavy
vehicles was 9, which constituted a share of 3.4%. The
highest index Laeq 15 min corresponded to the passage
of the fourth type of vehicles, whose share was 4.3%.
4. Conclusions and summary
The analysis of the data obtained from the
measurements of sound level and the volume of
vehicular motion performed during rush hours on 5
Feb. 2014 in Sandomierska Street in Kielce, shows
the acoustic climate near the route is unfavourable.
Equivalent sound levels, Laeq 1h are quite high and
those exceed the limits permitted for a given time of
the day [12]. The results obtained for morning and
afternoon rush hours, however, are much higher
when compared with the value of 16-hour index Laeq
D stated in the standard, which resulted from the
assumption made for the study, i.e. the selection of
the period of time with a very heavy load of vehicular
traffic. The volume of traffic in off-peak periods was
much lower. Equivalent sound level calculated on the
basis of noise measurement results and traffic volume
data recorded for the full 16-hour period specified in
the standard would be also much lower.
Based on the computed values of the Pearson
linear correlation coefficient, it can be concluded
that a strong relation holds between recorded noise
and the number of vehicles driving through a given
road. The highest positive value of the coefficient was
obtained for the following variables: Laeq 15 min
and the number of heavy vehicles. The more heavy
vehicles travelled, the higher noise emissions were
recorded. An increase in the number of passenger cars
affected the recorded sound levels to a lesser extent.
No significant relation was found between the travel
direction structure and noise production. During the
measurements, researchers observed that vehicles
driving along the roadway located closer (direction
to the city centre) gave more annoyance than traffic
travelling along the other roadway in the opposite
direction. The results of analyses, however, do not
confirm a relation of that kind.
The comparison of the results of measurements of
traffic volume with those carried out in 2009 [16],
when freight traffic moved in Sandomierska Street,
shows a clear decrease in both the total number of
vehicles, and also that of heavy vehicles. In 2009,
150 heavy vehicles per hour travelled along the road
part of concern. In the latest measurements, only over
50 such vehicles were recorded. On the basis of the
short-term measurements conducted for the study, it
can be concluded that a reduction in the number of
heavy vehicles contributed to the improvement of
the acoustic climate of the surroundings. The new
section of the express way S74 took the freight traffic
and reduced the number of vehicles in Sandomierska
Street, thus partly relieving the local residents of
noise annoyance and negative effects produced by it.
9
Monika Stępień
References
[1] Kotus J.: Ocena wpływu zagrożeń hałasowych na
częstość występowania chorób słuchu z zastosowaniem
środków teleinformatycznych. PhD. disseratation
under the guidance of prof. dr. eng. Bozena Kostek,
Gdansk University of Technology, Gdańsk 2007.
[2] Engel Z.: Człowiek a hałas. Doktor Honoris Causa
Politechniki Świętokrzyskiej. Publisher Kielce
University of Technology, Kielce 2012.
[3] Gardziejczyk W., Gierasimiuk P., Motylewicz M.:
Klimat akustyczny w otoczeniu ulic prowadzących
ruch tranzytowy pojazdów ciężarowych – chapter in
the monography: Metody ochrony środowiska przed
hałasem – teoria i praktyka, Zakopane 2013, p. 69-86.
[4] Engel Z.: Ochrona środowiska przed drganiami i hałasem. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001.
[5] Gardziejczyk W.: Wpływ technologii wykonania
i tekstury nawierzchni drogowych na hałas pojazdów
samochodowych. Rozprawy naukowe nr 121,
Bialystok University of Technology, Białystok 2005.
[6] Kucharski R.J.: Hałas drogowy. WKiŁ, Warszawa
1979.
[7] Lebiedowska B.: Hałas wokół autostrad. Metody
prognozowania. Monograpfy Lodz University of
Technology, Łódź 1998.
[8] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 29 lipca
2004 w sprawie dopuszczalnych poziomów hałasu
w środowisku, (Dz.U. Nr 178, poz. 1841)
[9] Mutli autored paper: Ocena jakości środowiska
w województwie śląskim w zakresie hałasu, na
podstawie badań monitoringowych i inspekcyjnych
WIOŚ w Katowicach oraz zarządców dróg i lotnisk,
w latach 2000-2009. Written under the direction of
A. Wrześniak, J. Kopyczok, edited by R. Danecki,
A. Pillich-Konieczny, A. Szczygieł. Library of
Environmental Monitoring, Katowice 2010.
[10] Website: www.techbud.com.pl
[11] Sadowski J.: Akustyka w urbanistyce, architekturze
i budownictwie, Arkady, Warszawa 1971.
[12] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 1 października 2012 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie dopuszczalnych poziomów hałasu w środowisku,
(Dz.U. z 8 października 2012, poz. 1109).
[13] Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 29 września
2001 r. w sprawie wysokości jednostkowych stawek
kar za przekroczenie dopuszczalnego poziomu
hałasu, (Dz.U. Nr 120, poz. 1285).
[14] Iwański M., Stępień M.: Wpływ rozwiązań
komunikacyjnych na powstawanie hałasu drogowego
i kształtowanie środowiska, IV Training Conference,
”The problem of noise in the city. Acoustic climate in
urban spaces”, Publisher Abrys Sp. z.o.o, Kielce 2011.
[15] Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów poziomów
w środowisku substancji lub energii przez zarządzającego drogą, linią kolejową, linią tramwajową, lotniskiem, portem (Dz. U. Nr 192 z dnia 2 października
2007 r., poz. 1392).
[16] Borkowski B., Głocki K.: Opracowanie wyników
ciągłego monitoringu ul. Ogrodowa, ul. Sandomierska,
ul. Warszawska, AGH Kraków, September 2010.
Monika Stępień
Analiza wyników krótkoterminowych pomiarów
hałasu drogowego na przykładzie przekroju
ulicy Sandomierskiej w Kielcach
1. Wprowadzenie
Hałas jest zjawiskiem powszechnym, towarzyszy praktycznie każdej działalności człowieka. Jego
wysoki poziom obniża jakość życia, utrudnia pracę,
naukę oraz wypoczynek. Zanieczyszczenie hałasem
jest przyczyną wielu negatywnych następstw zdrowotnych [1]. Jest również jedną z głównych przyczyn
degradacji środowiska naturalnego. Niezadowalający klimat akustyczny zauważa się w szczególności
10
w miastach, gdzie przebywa i pracuje większa część
społeczeństwa. Szacuje się, że około 54% mieszkańców większych polskich aglomeracji skarży się na
hałas pochodzenia zewnętrznego, głównie komunikacyjnego [2]. Przez obszary zabudowane przebiega
aż 23% dróg krajowych, na których realizowany jest
głównie ruch tranzytowy, szczególnie uciążliwy [3].
Każdy przekrój drogowy charakteryzuje się specyficznym, niepowtarzalnym klimatem akustycznym,
ANALYSIS OF THE RESULTS OF SHORT-TERM TRAFFIC NOISE MEASUREMENTS ON THE EXAMPLE OF SANDOMIERSKA STREET IN KIELCE
zmiennym w zależności od wielu czynników związanych z ruchem pojazdów, z drogą i jej otoczeniem,
a także z warunkami atmosferycznymi [4-7].
Podczas rozpoznawania klimatu akustycznego
w mieście najbardziej interesujące jest łączne oddziaływanie wielu źródeł hałasu – pojazdów biorących
udział w ruchu. Przy w miarę gęstym ruchu poziomy
hałasu od pojedynczych przejazdów nakładają się na
siebie. Ulicę można więc traktować jako umowne,
powierzchniowe źródło dźwięku [6]. Obserwowany
przy arterii komunikacyjnej poziom hałasu nieustannie zmienia się w czasie. Jego odpowiednia ocena nie
jest możliwa przy znajomości jedynie wartości występujących w pewnych momentach.
Do określania wartości hałasów charakteryzujących dowolne, przyjęte przez badacza czasy odniesienia, wprowadzono poziomy równoważne. Równoważny poziom dźwięku A to, skorygowany według
krzywej korekcyjnej A, poziom ciśnienia akustycznego ciągłego ustalonego dźwięku, który w określonym
przedziale czasu T ma taki sam średni kwadrat ciśnienia akustycznego, jak analizowany dźwięk o poziomie zmiennym w czasie [8]. Równoważny poziom
dźwięku A dla przedziału czasu T jest także zwany
średnim poziomem dźwięku z czasem uśredniania zaznaczonym za pomocą indeksu, np. La1h, co oznacza
jednogodzinny średni poziom dźwięku. Poziom równoważny jest podstawowym wskaźnikiem liczbowego opisu klimatu akustycznego [9].
Poziomy równoważne dźwięków w dużej mierze zależą od struktury rodzajowej ruchu. Do najbardziej hałaśliwych pojazdów należą te z grupy ciężkich oraz motocykle. Generowany przez nie poziom dźwięku waha się od
79 dB do 98 dB. Samochody osobowe są mniej uciążliwe.
Podczas ich przejazdów rejestruje się poziomy hałasu od
70 dB do 84 dB [10]. Z uwagi na ogromne obciążenie
ruchem oraz duży udział pojazdów ciężkich, w dużych
miastach systematycznie są prowadzone pomiary poziomu hałasu [11]. Ich wyniki są regularnie kontrolowane, a wszelkie przekroczenia wartości dopuszczalnych,
podanych w [12], skutkują obciążeniami finansowymi
nałożonymi na zarządców dróg [13]. Nieustannie podejmowane są próby ograniczenia poziomu hałasu poprzez
stosowanie różnych metod i środków [14].
Jednym z niedawnych działań kieleckich władz,
zmierzającym w kierunku poprawy klimatu akustycznego, była budowa nowego odcinka drogowego S74.
Przed wprowadzeniem połączenia alternatywnego
ruch tranzytowy zmierzający ze wschodu na zachód
kierowany był przez ulicę Sandomierską w Kielcach,
pełniącą wówczas funkcję drogi krajowej.
Celem badań przedstawionych w opracowaniu
jest analiza i ocena aktualnie występującego klimatu
akustycznego w okolicy wybranego przekroju ulicy
Sandomierskiej, kształtowanego przez ruch drogowy.
Szczególną uwagę zwrócono na natężenie ruchu ciężkiego, strukturę rodzajową oraz kierunkową.
2. Metodyka wykonanych badań
Pomiary zrealizowano przy ulicy Sandomierskiej
w Kielcach, która obecnie pełni funkcję drogi głównej. Wykonano je w przekroju pomiędzy skrzyżowaniami z ulicami: Daleką i Śląską. Na wytypowanym
odcinku pochylenie podłużne wynosi 2% w kierunku
centrum miasta. Ulica Sandomierska posiada dwie
jezdnie, na każdej po trzy pasy ruchu. Między nimi
jest pas dzielący o szerokości 2,5 m. Zarówno po
lewej, jak i po prawej stronie badanego przekroju
znajdują się niskie budynki usługowe, użyteczności
publicznej oraz placówka wychowawcza stałego zamieszkania. Zabudowa zlokalizowana jest w odległości kilkunastu metrów od krawędzi jezdni.
Przekrój poprzeczny ulicy Sandomierskiej, w pobliżu którego wykonano pomiary, przedstawiono na
rysunku 1.
Do badań wytypowano dzień roboczy, środę 5 lutego
2014 roku. Podczas rejestracji wielkości akustycznych
i ruchowych określono warunki meteorologiczne, takie jak: temperatura powietrza, wilgotność względna,
ciśnienie atmosferyczne oraz prędkość wiatru. Równocześnie z monitoringiem hałasu komunikacyjnego
notowano natężenie, strukturę rodzajową i kierunkową
ruchu. Dane zgromadzono dla dwóch godzin. Reprezentatywne godzinowe przedziały czasowe określono
na podstawie rozkładu natężenia ruchu, który dokładnie rozpoznano, wykonując pomiary wstępne. W dzień
poprzedzający docelową rejestrację danych zebrano
informacje ruchowe w wybranym przekroju ulicznym. Na podstawie analizy wyników natężenia ruchu
zdecydowano o docelowym czasie pomiarów. Pierwszy wybrany okres to poranny szczyt komunikacyjny,
przypadający na godzinę od 10.00 do 11.00. Drugi to
najbardziej obciążona ruchem pojazdów popołudniowa godzina, pomiędzy 15.00 a 16.00.
Prace pomiarowe wykonano zgodnie z rozporządzeniem ministra środowiska [15]. Według wymagań
określono warunki meteorologiczne. W dzień badań
była słoneczna pogoda, bez opadów oraz zalegającego śniegu na powierzchni jezdni. Temperatura powietrza wynosiła 1°C, wilgotność względna powietrza –
43%, ciśnienie atmosferyczne – 980 hPa, a wiatr nie
przekraczał 5 m/s.
11
Monika Stępień
Do pomiarów hałasu wykorzystano decybelomierz
Extech SDL600, który umożliwia precyzyjny pomiar
poziomu dźwięku i odpowiada normie EN 61672-1,
klasa dokładności 2. Wykorzystano metodę bezpośrednich pomiarów za pomocą próbkowania. W urządzeniu ustawiono charakterystykę korekcyjną A, stałą
czasową FAST oraz częstotliwość próbkowania 1 s.
Pomiary wykonano na wysokości 1,5 m, w odległości
1,5 m od krawędzi jezdni. Z uwagi na trudność jednoczesnego notowania poziomu hałasu oraz danych
ruchowych natężenie ruchu rejestrowano za pomocą
techniki wideofilmowania. Po zebraniu materiału badawczego informacje charakteryzujące ruch, odtworzono i zestawiono w formie tabelarycznej w arkuszu
kalkulacyjnym programu Microsoft Excel.
Ze względu na strukturę rodzajową ruchu oraz kierunek jazdy, pojazdy podzielono na cztery grupy:
a)L1 – pojazdy lekkie poruszające się po bliższej
jezdni, od centrum miasta,
b)L2 – pojazdy lekkie poruszające się po dalszej
jezdni, do centrum miasta,
c)C1 – pojazdy ciężkie poruszające się po bliższej
jezdni, od centrum miasta,
d)C2 – pojazdy ciężkie poruszające się po dalszej
jezdni, do centrum miasta.
Do pojazdów lekkich zaliczono samochody osobowe i dostawcze, a do ciężkich samochody ciężarowe,
autobusy, ciągniki oraz motocykle. Jednoślady zostały przyporządkowane do kategorii pojazdów ciężkich
z uwagi na ich wysoką hałaśliwość [15]. Przyjęto, że
pojazdy przekraczają badany przekrój drogi z prędkością dopuszczalną na terenie zabudowanym 50 km/h.
3. Wyniki wykonanych badań
3.1. Natężenie ruchu
Z obserwacji natężenia ruchu w przekroju ulicy
Sandomierskiej podczas wykonywania porannych
i popołudniowych pomiarów wynika, że badany przekrój przekraczały głównie pojazdy lekkie. Ruch ciężki był niewielki, przeważnie przejeżdżały autobusy
miejskie oraz pojazdy zaopatrzenia. Ruch był płynny.
W celu zobrazowania rozkładu danych ruchowych
i charakteru ruchu kołowego na ulicy Sandomierskiej
sporządzono wykres słupkowy przedstawiający natężenie pojazdów w godzinach od 10.00 do 11.00 oraz
od 15.00 do 16.00. Liczbę pojazdów przekraczających
przekrój drogowy z uwzględnieniem struktury rodzajowej oraz kierunkowej przedstawiono na rysunku 2.
Z analizy danych zamieszczonych na rysunku 2
można wnioskować, że znacznie większa liczba pojazdów przekroczyła przekrój uliczny podczas popo12
łudniowych notowań. Wyraźnie widoczna jest zmiana
struktury kierunkowej pojazdów lekkich dla dwóch
godzin pomiarowych. Od 10.00 do 11.00 w kierunku
od centrum miasta przejechało 537, a w kierunku do
centrum 615 pojazdów. Podczas szczytu popołudniowego w kierunku od centrum przekrój ulicy Sandomierskiej przekroczyło 794 pojazdów, a w kierunku
do centrum 602. Struktura rodzajowa 47/53 rano
i 57/43 po południu wskazuje, że charakter ruchu na
ulicy Sandomierskiej jest podyktowany rytmem pracy. Na drogach miejskich zwykle obserwuje się większe natężenie pojazdów jadących w stronę centrum
miasta w godzinach porannych, co prawdopodobnie
jest związane z godzinami rozpoczęcia pracy i otwarcia instytucji. Po południu większe natężenie ruchu
pojazdów jadących w stronę wylotu z miasta jest
związane z powrotami do domów. Z uwagi na ruch
ciężki zarówno podczas pomiaru porannego, jak i popołudniowego zanotowano podobną liczbę pojazdów.
Przeważały jednak te zmierzające w stronę wylotu
z miasta.
3.2. Hałas
W czasie wykonywania pomiarów obserwowano sekundowe wskazania miernika dźwięku. W przypadku
gdy po ulicy nie poruszały się żadne pojazdy na wyświetlaczu urządzenia ukazywały się wielkości rzędu
pięćdziesięciu kilku decybeli. Te wyniki można uznać
za poziom tła akustycznego otoczenia. Podczas przejazdów pojazdów typu lekkiego poziom dźwięku wynosił najczęściej od 71 dB do 80 dB. Pojazdy ciężkie
generowały zwykle dźwięk od 78 dB do 103 dB. Zauważono również dużo większy hałas w czasie przejazdu pojazdów starszych lub/i w złym stanie technicznym. Często obserwowany wtedy poziom dźwięku był
porównywalny z tym generowanym przez niektóre
pojazdy ciężkie.
Przebieg zmian poziomu dźwięku w porannej
i popołudniowej godzinie szczytu komunikacyjnego
wraz ze wskazaniem godzinnych poziomów równoważnych, Laeq 1 h przedstawiono na rysunku 3.
Równoważny poziom dźwięku wyznaczony dla
okresu jednej godziny pomiaru porannego, Laeq 1 h
wynosił 88,2 dB, a dla popołudniowego 78,1 dB. Na
podstawie danych zaprezentowanych na rysunku 3
można zaobserwować wyraźne dłuższe skoki notowań hałasu spowodowane przejazdami pojazdów
w grupach. Zarówno w jednym, jak i w drugim kierunku od wytypowanego przekroju drogi uwidocznił się
wpływ odległych skrzyżowań sterowanych sygnalizacją świetlną. Pojazdy oczekujące na możliwość konty-
ANALYSIS OF THE RESULTS OF SHORT-TERM TRAFFIC NOISE MEASUREMENTS ON THE EXAMPLE OF SANDOMIERSKA STREET IN KIELCE
nuowania podróży gromadziły się przed linią warunkowego zatrzymania na skrzyżowaniach, a w momencie
wyświetlenia sygnału zielonego jednocześnie ruszały,
docierając w kolumnie do punktu notowań.
W czwartej oraz w dwudziestej trzeciej minucie
porannego pomiaru przekrój ulicy przekroczyły dwa
pojazdy uprzywilejowane, jadące z włączonym sygnałem dźwiękowym. Ich przejazd spowodował wysokie
notowania hałasu, wynoszące maksymalnie odpowiednio 122 dB oraz 117 dB. Takie wyniki chwilowego poziomu dźwięku obarczają błędem analizy wpływu ruchu pojazdów na hałas pochodzenia drogowego.
Dla zobrazowania wpływu pojedynczych, odstających
wyników pomiarów hałasu na jego zagregowane wartości opisane za pomocą równoważnych poziomów
dźwięków, obliczone odpowiednio dla interwałów 1-,
5-, 15- i 60-minutowych, wykonano dwa wykresy. Obliczone wartości wskaźników Laeq (1, 5, 15, 60 min)
dla pierwszej godziny pomiaru, od 10.00 do 11.00,
przedstawiono na rysunku 4. Wartości wskaźników
Laeq (1, 5, 15, 60 min) dla drugiej godziny pomiaru,
od 15.00 do 16.00, przedstawiono na rysunku 5.
Porównanie rozkładu danych zamieszczonych na
rysunkach 4 i 5 potwierdza istotny wpływ przejazdu
pojazdów uprzywilejowanych z aktywnym sygnałem
dźwiękowym na wskaźniki hałasowe. Syreny karetek spowodowały obserwację odstających wyników
w pierwszej godzinie pomiaru. Równoważny poziom
dźwięku Laeq 1 min, wyznaczony dla minuty, podczas której przejechała pierwsza z nich, osiągnął wartość 104,4 dB. Ten sam wskaźnik obliczony dla dwudziestej trzeciej minuty wynosił aż 99,7 dB. Pozostałe
wyniki dotyczące Laeq 1 min przyjmowały wartości
do 85 dB zarówno w pierwszej, jak i drugiej godzinie
pomiaru. Wpływ głośnych sygnałów ostrzegawczych
pojazdów uwidacznia się również w wartościach, jakie przyjmują wskaźniki Laeq 5 min, Laeq 15 min
oraz Laeq 1 h obliczone na podstawie danych zgromadzonych od 10.00 do 11.00. Bezcelowe jest więc
wykonywanie analiz uwzględniających hałas i ruch
drogowy na podstawie pomiarów zgromadzonych
w pierwszych dwóch kwadransach godziny dziesiątej. Wielkości zanotowane w tym czasie wykluczono
ze zbioru danych.
W celu zbadania zależności występujących między
hałasem opisanym obliczonymi wartościami równoważnego poziomu dźwięku Laeq a natężeniem (Q),
strukturą rodzajową (L, C) oraz kierunkową ruchu
(1, 2), obliczono współczynnik korelacji liniowej
według Pearsona dla odpowiednich par zmiennych.
Analizę wykonano w oparciu o 5400 wyników ha-
łasowych odpowiadających warunkom akustycznym
w drugiej połowie godziny 10.00 oraz o godzinie
15.00. Sposób zestawiania wartości zmiennych w pary
i wartości wynikowe analizy korelacji dla interwałów
1-, 5- oraz 15-minutowych zestawiono w tabeli 1.
Na podstawie analizy współczynników korelacji
liniowej według Pearsona, zestawionych w tabeli 1,
można stwierdzić, że wartości wskazujące na istnienie
zależności między badanymi parami zmiennych obserwuje się tylko dla interwałów 5- i 15-minutowych.
Poziom opisujący silną zależność między zmiennymi
określono dla współczynnika korelacji powyżej 0,5.
Największa siła związku ujawniła się pomiędzy równoważnym poziomem dźwięku Laeq 15 min a natężeniem pojazdów ciężkich, współczynnik korelacji
wynosi dla tej pary zmiennych 0,88. Przyjmuje on
dodatnią wartość, co oznacza, że im więcej pojazdów
tego typu przekroczyło badany przekrój drogi, tym
większy zarejestrowano hałas. Silną korelację obserwuje się również dla zestawienia wskaźnika Laeq 15
min z większością przedstawionych charakterystyk
ruchowych. Brak istotnych zależności w przypadku
analiz w interwałach pięciominutowych można tłumaczyć tym, że wskaźnik hałasowy Laeq 5 min jest
zbyt podatny na nagłe skoki poziomu dźwięku powodowane pojedynczymi przejazdami pojazdów bardziej hałaśliwych.
W celu zobrazowania wpływu natężenia ruchu pojazdów ciężkich na poziom zarejestrowanego hałasu,
w przeliczeniu na 15-minutowe odstępy czasu, dla tej
pary zmiennych, która charakteryzowała się największą wartością współczynnika korelacji, wykonano
wykres przedstawiony na rysunku 6.
Z danych zamieszczonych na rysunku 6 wynika, że
w większości przypadków im większa liczba pojazdów ciężkich przekroczyła badany przekrój drogi,
tym większa odpowiada mu wartość równoważnego
poziomu dźwięku, Laeq 15 min. Najmniejszą wartość
wskaźnika obliczono dla tych piętnastu minut pomiaru, gdzie natężenie pojazdów ciężkich wynosiło 9,
a ich udział to 3,4%. Największy wskaźnik Laeq 15
min odpowiadał przejazdowi czwartego rodzaju pojazdów, przy ich udziale 4,3%.
4. Wnioski i podsumowanie
Po wykonaniu analizy danych uzyskanych z pomiarów poziomu hałasu i natężenia ruchu kołowego
wykonanych w czasie trwania godzin szczytu komunikacyjnego, w dniu 5 lutego 2014 roku, na ulicy Sandomierskiej w Kielcach, można stwierdzić, że
klimat akustyczny w otoczeniu tej trasy jest nieko13
Monika Stępień
rzystny. Równoważne poziomy dźwięków, Laeq 1 h
są dość wysokie i znacznie przekraczają wartości dopuszczalne określone dla pory dnia [12]. Jednak uzyskane wyniki wskaźników obliczonych dla godziny
porannego oraz popołudniowego szczytu komunikacyjnego, w odniesieniu do normowej wartości szesnastogodzinnego wskaźnika Laeq D, są dużo wyższe
z uwagi na celowy dobór najbardziej obciążonych ruchem pojazdów okresów. Natężenie ruchu kołowego
poza wybranymi godzinami porannego i popołudniowego szczytu komunikacyjnego było dużo niższe.
Równoważny poziom dźwięku obliczony na podstawie wyników hałasowych oraz natężeniowych, zarejestrowanych dla pełnego, normowo określonego
przedziału czasu, byłby również dużo niższy.
Na podstawie obliczonych wartości współczynnika
korelacji liniowej według Pearsona można wnioskować, że istnieje silna zależność pomiędzy zarejestrowanym hałasem a liczbą pojazdów przekraczających
badany przekrój ulicy. Największą dodatnią wartość współczynnika uzyskano dla zmiennych takich
jak Laeq 15 min oraz liczba pojazdów ciężkich. Im
więcej takich pojazdów przekroczyło przekrój ulicy
Sandomierskiej, tym większe zarejestrowano natężenie hałasu. Wzrost liczby samochodów osobowych
w mniejszym stopniu decydował o wyższych noto-
14
waniach poziomów dźwięku. Nie zaobserwowano
istotnego związku między strukturą kierunkową ruchu a hałasem. Z własnych obserwacji prowadzonych
podczas pomiaru wynika, że przejazdy pojazdów,
niezależnie od ich rodzaju, po bliższej jezdni (w kierunku 1, od centrum miasta) powodowały odczucia
większego dyskomfortu niż ruch odbywający się po
drugiej jezdni. Wyniki wykonanych analiz nie potwierdzają jednak podobnych zależności.
Porównując przedstawione wyniki pomiarów natężenia ruchu pojazdów z tymi z 2009 roku [16], kiedy
ruch tranzytowy odbywał się po ulicy Sandomierskiej, wyraźnie widać spadek całkowitej liczy pojazdów, jak i zmniejszenie ruchu ciężkiego. W 2009 roku
przekrój uliczny przekraczało do 150 pojazdów ciężkich na godzinę. Obecnie zanotowano tylko ponad
50 takich pojazdów. Bazując na otrzymanych wynikach krótkoterminowych pomiarów, można stwierdzić, że ograniczenie liczby pojazdów ciężkich spowodowało polepszenie się klimatu akustycznego otoczenia. Nowy odcinek drogi ekspresowej S74 przejął
ruch tranzytowy i odciążył ulicę Sandomierską od
dużej ilości pojazdów, a jej mieszkańców i użytkowników ochronił przed ujemnymi skutkami oddziaływania większego niż obecnie hałasu.